In Situ Modification Strategy for Development of Room-Temperature Solid-State Lithium Batteries with High Rate Capability

Jianghui Zhao Maoling Xie Haiyang Zhang Ruowei Yi Chenji Hu Tuo Kang Lei Zheng Ruiguang Cui Hongwei Chen Yanbin Shen Liwei Chen

Citation:  Jianghui Zhao, Maoling Xie, Haiyang Zhang, Ruowei Yi, Chenji Hu, Tuo Kang, Lei Zheng, Ruiguang Cui, Hongwei Chen, Yanbin Shen, Liwei Chen. In Situ Modification Strategy for Development of Room-Temperature Solid-State Lithium Batteries with High Rate Capability[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(12): 210400. doi: 10.3866/PKU.WHXB202104003 shu

原位修饰策略实现高倍率室温固态锂电池

    通讯作者: 沈炎宾, ybshen2017@sinano.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21625304

    国家自然科学基金 21733012

    国家自然科学基金 21772190

    中国科学技术部国家重点研发计划 2016YFB0100102

摘要: 固态锂电池由于其安全特性与良好的电化学性能而备受关注。但电极内锂离子传导通道不顺畅及电极-电解质界面接触阻抗大以及界面发生副反应等问题仍然阻碍着固态电池的实际应用。本工作在电极内部及电极与Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP)电解质之间原位聚合碳酸亚乙烯酯固态聚合物电解质(PVC-SPE),构建了正极内部的离子传导网络,改善了电解质-电极界面的接触,而且还有效阻止了锂负极与LAGP电解质之间的副反应。Li | LAGP | LiFePO4固态电池具有良好的循环性能和倍率充放电性能,0.2C循环200次仍有98%的容量保持率,3C倍率放电容量是0.2C容量的72.4%。这种原位聚合制备高性能固态电池有希望成为解决界面问题与构建电极内离子传导网络的方法。

English

    1. [1]

      Goodenough, J. B. ACS Catal. 2017, 7, 1132. doi: 10.1021/acscatal.6b03110

    2. [2]

      Takada, K. Acta Mater. 2013, 61, 759. doi: 10.1016/j.actamat.2012.10.034

    3. [3]

      Janek, J.; Zeier, W. G. Nat. Energy 2016, 1, 16141. doi: 10.1038/nenergy.2016.141

    4. [4]

      Hu, Y. S. Nat. Energy 2016, 1, 16042. doi: 10.1038/nenergy.2016.42

    5. [5]

      Hu, C.; Shen, Y.; Shen, M.; Liu, X.; Chen, H.; Liu, C.; Kang, T.; Jin, F.; Li, L.; Li, J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 18035. doi: 10.1021/jacs.0c07060

    6. [6]

      金锋, 李静, 胡晨吉, 董厚才, 陈鹏, 沈炎宾, 陈立桅. 物理化学学报, 2019, 35, 1399. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904085Jin, F.; Li, J.; Hu, C. J.; Dong, H. C.; Chen, P.; Shen, Y. B.; Chen, L. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 1399. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904085

    7. [7]

      Blanchard, D.; Nale, A.; Sveinbjornsson, D.; Eggenhuisen, T. M.; Verkuijlen, M. H. W.; Suwarno; Vegge, T.; Kentgens, A. P. M.; De Jongh, P. E. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 184. doi: 10.1002/adfm.201402538

    8. [8]

      Liu, Q.; Yu, Q.; Li, S.; Wang, S.; Zhang, L.; Cai, B.; Zhou, D.; Li, B. Energy Storage Mater. 2020, 25, 613. doi: 10.1016/j.ensm.2019.09.023

    9. [9]

      程振杰, 毛亚云, 董庆雨, 金锋, 沈炎宾, 陈立桅. 物理化学学报, 2019, 35, 868. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811033Cheng, Z. J.; Mao, Y. Y.; Dong, Q. Y.; Jin, F.; Shen, Y. B.; Chen, L. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 868. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811033

    10. [10]

      Augustyn, V.; McDowell, M. T.; Vojvodic, A. Joule 2018, 2, 2189. doi: 10.1016/j.joule.2018.10.014

    11. [11]

      Kerman, K.; Luntz, A.; Viswanathan, V.; Chiang, Y. M.; Chen, Z. J. Electrochem. Soc. 2017, 164, A1731. doi: 10.1149/2.1571707jes

    12. [12]

      Xu, L.; Tang, S.; Cheng, Y.; Wang, K.; Liang, J.; Liu, C.; Cao, Y. C.; Wei, F.; Mai, L. Joule 2018, 2, 1991. doi: 10.1016/j.joule.2018.07.009

    13. [13]

      Wu, X. L.; Zong, J.; Xu, H.; Wang, W.; Liu, X. J. RSC Adv. 2016, 6, 57346. doi: 10.1039/c6ra08048k

    14. [14]

      Liu, Q.; Geng, Z.; Han, C.; Fu, Y.; Li, S.; He, Y. B.; Kang, F.; Li, B. J. Power Sources 2018, 389, 120. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.04.019

    15. [15]

      Hu, R.; Qiu, H.; Zhang, H.; Wang, P.; Du, X.; Ma, J.; Wu, T.; Lu, C.; Zhou, X.; Cui, G. Small 2020, 16, e1907163. doi: 10.1002/smll.201907163

    16. [16]

      Li, X.; Han, X.; Zhang, H.; Hu, R.; Du, X.; Wang, P.; Zhang, B.; Cui, G. ACS Appl. Mat. Interfaces 2020, 12, 51374. doi: 10.1021/acsami.0c13520

    17. [17]

      Han, F.; Gao, T.; Zhu, Y.; Gaskell, K. J.; Wang, C. Adv. Mater. 2015, 27, 3473. doi: 10.1002/adma.201500180

    18. [18]

      Tao, X.; Liu, Y.; Liu, W.; Zhou, G.; Zhao, J.; Lin, D.; Zu, C.; Sheng, O.; Zhang, W.; Lee, H. W.; et al. Nano Lett. 2017, 17, 2967. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b00221

    19. [19]

      陈光海, 白莹, 高永晟, 吴锋, 吴川. 物理化学学报, 2020, 36, 1905009. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905009Chen, G. H.; Bai, Y.; Gao, Y. S.; Wu, F., Wu, C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905009. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905009

    20. [20]

      Liang, J. Y.; Zeng, X. X.; Zhang, X. D.; Wang, P. F.; Ma, J. Y.; Yin, Y. X.; Wu, X. W.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6767. doi: 10.1021/jacs.8b03319

    21. [21]

      Kim, D. H.; Oh, D. Y.; Park, K. H.; Choi, Y. E.; Nam, Y. J.; Lee, H. A.; Lee, S. M.; Jung, Y. S. Nano Lett. 2017, 17, 5, 3013. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b00330

    22. [22]

      费慧芳, 刘永鹏, 魏传亮, 张煜婵, 冯金奎, 陈传忠, 于慧君. 物理化学学报, 2020, 36, 1905015. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905015Fei, H. F.; Liu, Y. P.; Wei, C. L.; Zhang, Y. C.; Feng, J. K.; Chen, C. Z.; Yu, H. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905015. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905015

    23. [23]

      Gong, Y.; Fu, K.; Xu, S.; Dai, J.; Hamann, T. R.; Zhang, L.; Hitz, G. T.; Fu, Z.; Ma, Z.; McOwen, D. W.; et al. Mater. Today 2018, 21, 594. doi: 10.1016/j.mattod.2018.01.001

    24. [24]

      Wu, B.; Wang, S.; Evans, W. J.; Deng, D. Z.; Yang, J.; Xiao, J. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 15266. doi: 10.1039/c6ta05439k

    25. [25]

      徐来强, 李佳阳, 刘城, 邹国强, 侯红帅, 纪效波. 物理化学学报, 2020, 36, 1905013. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905013Xu, L. Q.; Li, J. Y.; Liu, C.; Zou, G. Q.; Hou, H. S.; Ji, X. B.; Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905013. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905013

    26. [26]

      Han, X.; Gong, Y.; Fu, K.; He, X.; Hitz, G. T.; Dai, J.; Pearse, A.; Liu, B.; Wang, H.; Rubloff, G.; et al. Nat. Mater. 2017, 16, 572. doi: 10.1038/nmat4821

    27. [27]

      Dong, D.; Zhou, B.; Sun, Y.; Zhang, H.; Zhong, G.; Dong, Q.; Fu, F.; Qian, H.; Lin, Z.; Lu, D.; et al. Nano Lett. 2019, 19, 2343. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b05019

    28. [28]

      陈立泉, 物理化学学报, 2020, 36, 2001035. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001035Chen, L. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 2001035. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001035

    29. [29]

      Wei, X.; Shriver, D. F. Chem. Mater. 1998, 10, 2307. doi: 10.1021/cm980170z

    30. [30]

      Zhang, J.; Yang, J.; Dong, T.; Zhang, M.; Chai, J.; Dong, S.; Wu, T.; Zhou, X.; Cui, G. Small 2018, 14, 1800821. doi: 10.1002/smll.201800821

    31. [31]

      Chai, J.; Liu, Z.; Ma, J.; Wang, J.; Liu, X.; Liu, H.; Zhang, J.; Cui, G.; Chen, L. Adv. Sci. (Weinh) 2017, 4, 1600377. doi: 10.1002/advs.201600377

    32. [32]

      Arbi, K.; Bucheli, W.; Jiménez, R.; Sanz, J. J. Eur. Ceram. Soc. 2015, 35, 1477. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.11.023

    33. [33]

      Kotobuki, M.; Koishi, M. J. Asian Ceram. Soc. 2019, 7, 551. doi: 10.1080/21870764.2019.1693680

    34. [34]

      Smets, G.; Hayashi, K. J. Polym. Sci. 1958, 29, 257. doi: 10.1002/pol.1958.1202911919

    35. [35]

      Chen, S.; Che, H.; Feng, F.; Liao, J.; Wang, H.; Yin, Y.; Ma, Z. F. ACS Appl. Mat. Interfaces 2019, 11, 43056. doi: 10.1021/acsami.9b11259

    36. [36]

      Huang, S.; Cui, Z.; Qiao, L.; Xu, G.; Zhang, J.; Tang, K.; Liu, X.; Wang, Q.; Zhou, X.; Zhang, B.; et al. Electrochim. Acta 2019, 299, 820. doi: 10.1016/j.electacta.2019.01.039

    37. [37]

      Yi, J.; Liu, Y.; Qiao, Y.; He, P.; Zhou, H. ACS Energy Lett. 2017, 2, 1378. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00292

    38. [38]

      Hiller, M. M.; Joost, M.; Gores, H. J.; Passerini, S.; Wiemhöfer, H. D. Electrochim. Acta 2013, 114, 21. doi: 10.1016/j.electacta.2013.09.138

    39. [39]

      Liu, Y.; Li, C.; Li, B.; Song, H.; Cheng, Z.; Chen, M.; He, P.; Zhou, H. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702374. doi: 10.1002/aenm.201702374

    40. [40]

      Tsai, C. L.; Roddatis, V.; Chandran, C. V.; Ma, Q.; Uhlenbruck, S.; Bram, M.; Heitjans, P.; Guillon, O. ACS Appl. Mat. Interfaces 2016, 8, 10617. doi: 10.1021/acsami.6b00831

    41. [41]

      Chung, H.; Kang, B. Chem. Mater. 2017, 29, 8611. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b02301

    42. [42]

      Guo, J.; Wen, Z.; Wu, M.; Jin, J.; Liu, Y., Electrochem. Commun. 2015, 51, 59. doi: 10.1016/j.elecom.2014.12.008

    43. [43]

      Fan, L.; Wei, S.; Li, S.; Li, Q.; Lu, Y. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702657. doi: 10.1002/aenm.201702657

    44. [44]

      Huang, Q.; Turcheniuk, K.; Ren, X.; Magasinski, A.; Song, A. Y.; Xiao, Y.; Kim, D.; Yushin, G. Nat. Mater. 2019, 18, 1343. doi: 10.1038/s41563-019-0472-7

    45. [45]

      Xia, S.; Lopez, J.; Liang, C.; Zhang, Z.; Bao, Z.; Cui, Y.; Liu, W. Adv. Sci. 2019, 6, 1802353. doi: 10.1002/advs.201802353

    46. [46]

      Jing, B.; Evans, C. M. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18932. doi: 10.1021/jacs.9b09811

    47. [47]

      Liu, Q.; Zhou, D.; Shanmukaraj, D.; Li, P.; Kang, F.; Li, B.; Armand, M.; Wang, G., ACS Energy Lett. 2020, 5, 1456. doi: 10.1021/acsenergylett.0c00542

    48. [48]

      Zhang, H.; Zhang, J.; Ma, J.; Xu, G.; Dong, T.; Cui, G. Electrochem. Ener. Rev. 2019, 2, 128. doi: 10.1007/s41918-018-00027-x

    49. [49]

      Zhou, J.; Qian, T.; Liu, J.; Wang, M.; Zhang, L.; Yan, C. Nano Lett. 2019, 19, 3066. doi: 10.1021/acs.nanolett.9b00450

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  7
  • 文章访问数:  323
  • HTML全文浏览量:  28
文章相关
  • 发布日期:  2021-12-15
  • 收稿日期:  2021-04-01
  • 接受日期:  2021-04-23
  • 修回日期:  2021-04-23
  • 网络出版日期:  2021-04-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章